发展学生科学态度与社会责任的HPS教学

李自雄 张曾栋

摘   要：将化学知识串接在历史线索中，能够让学生体会到知识形成的来龙去脉，避免知识结构的缺失与孤立，正确认识人类文明发展的曲折与不易，在历史情境潜移默化地熏陶和影响下，学生的科学本质思想得以初步建立，科学素养获得有效提升，社会责任以及人文情怀亦会得到相应地发展。文章以人教版九年级化学“氧气”课题为例，运用HPS教学模式，模拟氧气发现的真实情境，引导学生换位思考，在和科学家一样面对相同的问题时应当如何作出选择，通过实验探究，学习氧气的理化性质以及常见用途。

关键词：HPS教育；科学态度；社会责任；氧气

1  问题的提出

在编写教材的过程中，编撰者为了尽可能地在有限的篇幅内呈现更多的知识，通常会舍弃过程性的资料，仅在教材中呈现孤立的结论。因此，教材的使用者会感受到化学知识彼此割裂，难以形成系统的思维体系，不利于学生在化学学习中的长远发展。

HPS（科学史、科学哲学、科学社会学）教学模式在西方发达国家已经较为成熟，被广泛用来理科教学，其在总结科学教育经验的前提下，借鉴建构主义理论将科学史（History）、科学哲学（Philosophy）与科学社会学（Society）的有关内容融入到科学教育中，激发学生的学习兴趣，促进其多角度地了解科学本质，发展科学精神和批判思维 [ 1 ]。《义务教育化学课程标准（2022年版）》重点强调了科学态度与社会责任这一化学学科核心素养，要求学生能够运用化学知识决策社会重大议题，形成节约资源的思想意识，这与HPS教育理念十分吻合[ 2 ]。

2  教学设计

氧气在在整个中学化学教学中发挥着举足轻重的作用[ 3 ]。首先，氧化反应是初中阶段学生学习的最重要的化学反应之一，后续的很多知识内容都要建立在学习氧化反应的基础之上。其次，氧气是学生最熟悉的化学物质之一，人类必须持续摄入氧气才能维持基本的生命活动。最后，氧化反应反映着现代化学和化学工业成就，是现代大化工产业的基础，在氧化反应的参与下，石油化工彻底改变了我们的生活方式。然而在元素化合物知识的学习中，学生普遍存在着学习障碍，主要表现为：学生只能掌握几种孤立的化合物，很难将这些知识整合在一起，无法形成研究陌生元素化合物的一般思路和方法。

本节课的设计环节如图1所示。

教学设计呈现出普里斯特里、舍勒和拉瓦锡三位化学家有关氧气发现过程的化学史资料，以此为历史线索展开教学，引导学生深入到真实的化学史实情境之中。重点突出提取发掘这段化学史料中最具趣味、引人入胜并具有关键作用的历史事件，深度还原科学家所经历的复杂历史过程，巧妙性地将他们遭遇的关键问题转化为学生可以直接参与探究学习的科学问题。基于以上设计思路，最终确定本节课的教学目标如下：

（1）学生通过学习化学家制取氧气的故事和多媒体视频，概括氧气的物理性质，培养学生的归纳总结能力。

（2）复现历史上化学家在发现氧气过程中所做的一些实验，探究氧气的化学性质，初步掌握探究物质性质的一般过程及思路和方法。

（3）学生在学习发现氧气的坎坷过程后，体会到科学发展的艰辛和不易，认识到科学的发展和进步不是一蹴而就的，是一个不断试错的过程，能够体会化学家追求真理、敢于质疑、勇于思考的伟大科学精神。

3  教学实践

3.1  环节一：情境创设导入新课

教师：我们生活的世界是如此的丰富多彩，由于科学技术的发展，人们的衣食住行生活水平已经十分便利。请同学们和老师一起欣赏如图2所示的图片，共同感受科学的力量。

学生：跟随教师的指引，观察和思考图片中的内容，猜测本节课要学习的主题是氧气。

设计意图：由生活中的真实的情境引起学生的好奇心，调动学生学习的积极性，让学生认识到化学与人类生活密不可分的联系，正确认识化学的巨大价值。

3.2  环节二：启发学生，提出观点

教师：同学们，根据日常生活经验可以知道，图2中的各种反应中都有氧气的直接参与，没有氧气，火焰无法持续燃烧；没有氧气，我们将会因为窒息而失去生命；没有氧气，化工产业将停止生产。氧气对于人类而言是如此不可或缺，那么请同学们认真思考一下，氧气到底具有哪些性质才能使氧气起到这样的作用呢？

学生根据小学所学的科学知识以及生活中的经验，大胆开展头脑风暴，通过小组讨论以及查阅资料等多种途径，对图片中的内容进行猜想，初步对氧气的物理性质和化学性质提出自己的观点和看法。

设计意图：引导学生学会分析问题，思考问题，解决问题。使学生初步形成探究问题的意识，锻炼学生发现问题，提出假设，设计实验，验证假设的探究能力，培养学生形成探究物质的一般思路和方法。

3.3  环节三：氧气的前世今生

教师：同学们的猜想看上去都很有道理，并且论据也很充分。氧气是如此神奇，充满了神秘色彩，那么真实的氧气到底是不是和我们所想一样呢？下面让老师带着大家一起走进历史，沿着时间长河一同回到过去，了解氧气的前世今生。

时间一晃而过，我们来到了18世纪的英国，此时著名的化学家普利斯特里正在利用透镜去加热氧化汞，试图去发现一种新的物质。最终他收集到了一种无色无味的气体，他将做实验用的小白鼠放入这种无色无味的气体之中，发现小鼠呼吸了这种气体后显得非常愉快，接着他亲自去呼吸这种气体，同样感觉到十分轻松。故事暂时讲到这里，请同学们大胆猜测一下，这种无色无味的气体到底是什么气体？

学生：氧化汞里只有氧和汞两种元素，而且这种气体可以使生物很愉快，根据元素守恒以及可以呼吸的性质，可以猜测这种气体应该就是氧气。

教师：同学们猜得很对，普利斯特里发现的气体确实是氧气，但在当时普利斯特里并没有将其命名为氧气。普利斯特里发现得到的气体可以使蜡烛燃烧的更加旺盛，但由于他是一个坚定的燃素说支持者，根据燃素说的理论，他把该气体命名为“脱燃素空气”。就在普利斯特里制取了他所谓的脱燃素空气后的第二年，瑞典化学家舍勒也做了一个实验，请同学们阅读资料卡片“舍勒的独白”（图3）。舍勒加热硝石，得到了一种无色无味的气体，这种气体可以使氢气和硫磺燃烧的更加剧烈，相信聪明的同学们已经猜到了这是什么气体了吧！这说明了什么？同样，舍勒也是一个燃素说的支持者，因此他把这种气体命名为火空气。

终于，百年一遇的化学天才拉瓦锡横空出世，还给氧气一个正确的名分。他在了解了普利斯特里和舍勒实验的基础上到得了灵感，改进了实验，终于破除了燃素说，发现了氧气。请同学们先学习资料卡片“拉瓦锡的独白”（图4）。然后思考为什么在同一时代，三位伟大的科学家中只有拉瓦锡最后成功的发现了氧气。下面大家一起来观看视频，学习氧气的物理性质。

设计意图：从历史的角度认识化学进步的历程。对化学家面对困难，解决困难的真实情境有所体会，学会科学家探索科学的思路和方法。

3.4  环节四：重做科学实验，感受科学家的心路历程

教师：舍勒制得的氧气可以使氢气和硫燃烧的更加旺盛，下面由老师来给大家演示硫在空气中和氧气中燃烧的实验，请大家注意观察实验现象有什么变化。

学生：认真观察教师的实验操作，观察到硫在空气中燃烧时发出微弱的淡蓝色火焰，放出大量的热，闻到刺激性气味；硫在氧气中燃烧时发出明亮的蓝紫色火焰，放出大量的热，和空气中燃烧一样能够闻到刺激性气味。

教师：硫磺本身在空气中是可燃的，在氧气中燃烧的更剧烈并不出乎我们的预料，那么在空气中不燃烧的铁，在氧气中加热会有什么效果呢？请同学们自行进行实验，看看实验结果会是怎样。

学生：总结硫在空气中和氧气中燃烧的现象，自行设计验证铁能否在氧气中燃烧的实验：将铁丝分别在空气中和氧气中加热，观察到铁丝在空气中加热只是变红，在氧气中加热却可以剧烈燃烧，火星四射。

教师：同学们，木炭、硫磺、铁都能分别与氧气发生反应，请同学们写出这些反应的文字表达式，观察其中有什么规律。

学生：写出文字表达式，发现规律：两个反应物反应生成一个生成物。

教师：同学们说的很对，我们把这种由两种或两种以上的物质反应生成一种新物质的反应叫做化合反应。

设计意图：学生重做科学家做过的科学实验，感受实验在化学中的重要地位。

3.5  环节五：教师讲解当代科学观念，实现学生观念转变实现

教师：根据上面所学的内容，氧气和铁、硫都能发生反应，我们把有两种或两种以上物质生成另一种物质的反应叫做化合反应。同样是同一时代的人，普利斯特里、舍勒、拉瓦锡三人几乎在同一时间发现了氧气这种气体，但是前两者都受到传统的燃素说的桎梏，与真理失之交臂。而拉瓦锡却可以在总结前人经验的基础上，大胆地突破思维定式进行猜想假设，并设计严谨的实验去验证自己的猜想，这正是科学进步的持久动力。说明任何发现都不是一蹴而就的，都是后人在前人的积累的基础上，慢慢改进的过程。

学生：倾听思考，感受科学进步的历程，认识到科学具有主观性、暂时性。

设计意图：使学生体会科学进步的艰难，感受思维变革的重要性。

3.6  环节六：总结评价

教师：科学的进步往往来源于思想的变革，但只有新的思维，新的方法，却没有扎实的基础，拉瓦锡也是没办法发现氧气的。因此同学们要打好基础，练好基本功，这样将来才能有所作为。除此之外，我们要认识到保护氧气和空气的重要性，建立保护环境从我做起的意识。

学生：认真听讲，跟随教师的指导复习本节课的内容。

设计意图：总结本节课的内容，勉励学生重视基础，培养学生保护环境的意识。

4  教学反思

围绕教学目标的达成，本节课沿着化学家探究氧气发现历程，学习领会科学家善于思考、严谨求实的科学态度，了解科学家探究实验的过程，学会氧气的性质和实验室制取氧气的方法。通过了解氧气的科学应用，体会化学对生产、生活的应用价值。相较于传统的教学模式，HPS教学模式更加受到学生的欢迎，师生在教学活动过程中表现出良好的互动性和深入性。在教学活动中，学生对化学史展现出极大的学习兴趣，有助于建构以学生为主体的教学活动，培养学生的科学思维。建立科学思维对于学生而言，无论以后是从事科学研究，亦或是从事日常的大众工作，都将受益非浅。因此，一线教师在教学中应当有意识地引用人文知识，使化学更具趣味性，激发学生的学习兴趣。

参考文献：

［1］ 崔世峰，王娟.国内HPS教育融入中学化学教学的研究综述[J].化学教学，2022（4）：3-8.

［2］ 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）[S].北京：人民教育出版社，2022：6.

［3］ 孟献华，吴倩，倪娟.基于学科知识发展历史的论证式化学教学设计研究：以“空气中氧气成分测定”为例[J].化学教学，2018（11）：41-46.